一种用于发动机波形弹簧应力松弛试验的试验设备及方法与流程

1.本发明涉及航空发动机波形弹簧应力松弛试验领域，具体是指一种用于发动机波形弹簧应力松弛试验的试验设备及方法。


背景技术：

2.波形弹簧是一种型面呈波浪状，一般在圆周方向上均匀分布若干个正弦波形且轴向受力的弹性元件，相较于传统弹簧在单位体积情况下材料的变形能更大，在同等的负荷条件下与圆柱弹簧相比较可节省约50％的安装空间，并且其缓冲、减振、补偿、储能等实际工作效果远远优于一般弹簧。在航空发动机中，为节省空间，通常会选用波形弹簧。波形弹簧装配到发动机上以后要长期承受压应力，发动机工作时又会受到交变温度的影响，十分容易发生应力松弛，进而影响发动机整体性能和可靠性。
3.应力松弛是在恒应变条件下，弹性元件的弹性性能随时间延续而减小的现象，是很多弹性元件失效的直接原因。国家标准gb/t10120《金属应力松弛试验方法》规定了金属材料的应力松弛试验方法，但标准规定采用试样进行试验，试样与实际零件差异较大，并且其是在恒定温度的情况下进行，不能准确模拟航空发动机波形弹簧的工作环境。
4.在实际试验过程中，现有试验设备中大多在测量时还依靠手工计时和记录数据，部分试验还需要拆卸试样进行测量，自动化程度低，误差较大，测量复杂且不稳定，并且只能在恒定温度的情况下进行。实际状况中，弹性元件的结构形式会直接影响应力松弛性能，并且交变的环境温度也会对应力松弛性能的产生非常大的影响。按标准进行测量，不能真实反映发动机工作时波形弹簧零件的应力松弛性能。


技术实现要素：

5.基于以上技术问题，本发明提供了一种用于发动机波形弹簧应力松弛试验的试验设备及方法，解决了现有试验设备和方法不能准确模拟航空发动机波形弹簧的工作环境，导致其应力松弛试验结果不能真实反映发动机工作时波形弹簧零件的应力松弛性能的问题。
6.为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
7.一种用于发动机波形弹簧应力松弛试验的试验设备，包括压力加载单元、加热控温单元、压力测量单元、显示记录单元；压力加载单元用于给待测零件加载试验时需要承受的压力；加热控温单元用于模拟待测零件工作时所处的交变温度环境；压力测量单元用于实时测量待测零件应力松弛参数；显示记录单元用于试验数据的实时展示，显示记录单元与压力测量单元、加热控温单元通信连接。
8.作为一种优选的方式，压力加载单元包括底板、压板和螺柱；底板上竖直固定有至少两根螺柱，压板上开设有与螺柱间隙配合的通孔，压板套设在螺柱之上；螺柱外周设有外螺纹，螺柱上套设有用于设定压板压力的螺母。
9.作为一种优选的方式，底板上还设有与螺柱平行的导柱，导柱为光轴结构，导柱穿
过压板与压板所设通孔间隙配合。
10.作为一种优选的方式，压力测量单元包括压力传感器和压力测量仪表；压力传感器固定在底板之上，压力测量仪表通过传感器引线与压力传感器连接。
11.作为一种优选的方式，加热控温单元包括试验箱和智能温控仪表；试验箱内设有加热元件和测温元件，智能温控仪表设置于试验箱外，并通过线缆与试验箱内加热元件、测温元件电连接。
12.作为一种优选的方式，智能温控仪表采用pid温控仪表。
13.作为一种优选的方式，试验箱内还设有循环鼓风装置。
14.此外，本发明还公开了一种用于发动机波形弹簧应力松弛试验的试验方法，应用于上述发动机波形弹簧应力松弛试验的试验设备，具体包括以下步骤：
15.s1、准备待测零件，并获得待测零件在工作装配条件下所承受的工作压力值；
16.s2、基于工作压力值完成待测零件与试验设备的安装调试；
17.s3、在智能控温仪表输入交变温度曲线后，启动加热控温单元试验开始；
18.s4、利用压力测量单元对处于工作压力值和交变温度环境下的待测零件的应力松弛试验数据进行采集；
19.s5、利用显示记录单元对采集到的试验数据进行处理，获得待测零件应力松弛试验数据实时变化曲线。
20.作为一种优选的方式，步骤s1中获得待测零件在工作装配条件下所承受的工作压力值，具体步骤包括：
21.s101、获得待测零件在工作装配条件下的工作高度值；
22.s102、在弹簧压力测试机上测试获得待测零件在工作高度值下的工作压力值。
23.作为一种优选的方式，步骤s2中基于工作压力值完成待测零件与试验设备的安装调试，具体包括以下步骤：
24.s201、根据所述工作压力值大小要求选择对应量程的压力传感器；
25.s202、将所述压力传感器和压力测量仪表进行连接，并对压力测量仪表进行调零；
26.s203、将所述压力测量仪表、智能控温仪表与显示记录单元通信连接，并确保压力测量仪表、智能控温仪表与显示记录单元上显示的值保持一致；
27.s204、将所述压力传感器、螺柱固定安装在底板上；
28.s205、将待测零件放置在压力传感器上，通过螺母和压板对待测零件轻微施加压力以保证待测零件不会掉落；
29.s206、将组装完成的压力加载单元放入试验箱中，拧动螺母调节压板对待测零件的压力，当压力测量仪表达到所述工作压力值后停止；
30.s207、关好试验箱箱门。
31.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
32.(1)本发明提出一种发动机用波形弹簧在交变温度下进行应力松弛试验的设备及方法，可以有效的模拟波形弹簧在发动机中工作时处于的交变温度的环境，同时直接采用波形弹簧零件进行试验，避免了由于试样结构和状态与零件不同，造成的试验结果不能准确反应零件应力松弛性能的问题。
33.(2)本发明采用可调控加热控温单元，可以有效的模拟波形弹簧在发动机中工作
时处于的交变温度的环境，试验环境更加接近使用环境，试验结果可靠性更高。
34.(3)本发明通过待测波形弹簧零件一次安装直至测试结束，中途无需卸载，压力测量单元的压力传感器及压力测量仪表实时监测应力变化，并自动上传至显示记录单元生成应力松弛曲线，整个试验过程高度自动化，减少了人为误差等影响试验数据的因素，具有安装和拆卸方便，操作简单，测试数据的准确性和稳定性高的特点，可以广泛应用于各型发动机弹簧类零件应力松弛性能的测定。
35.(4)本发明通过还可以广泛应用于各型发动机弹簧类零件应力松弛性能的测定。通过本发明技术方案的实施，方便测定弹簧类零件在真实使用条件下的应力松弛曲线，为弹簧类零件在发动机中的设计和应用提供了技术依据。
附图说明
36.本申请将以示例性实施例的方式进一步说明，这些示例性实施例将通过附图进行详细描述，其中：
37.图1为本发明结构示意图。
38.图2为加热控温单元结构示意图。
39.图3为压力测量单元结构示意图。
40.图4为压力加载单元结构示意图。
41.图5为图4俯视图。
42.图6应力松弛试验的试验方法流程图。
43.其中，1加热控温单元，101智能温控仪表，102测温元件，103试验箱，2压力测量单元，201压力传感器，202压力测量仪表，3显示记录单元，4压力加载单元，401导柱，402螺柱，403螺母，404压板，405底板，5待测零件。
具体实施方式
44.为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
45.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
46.图1～4是本申请一些实施例所示的用于发动机波形弹簧应力松弛试验的试验设备的结构示意图，以下将结合图1～4对本申请所涉及的用于发动机波形弹簧应力松弛试验的试验设备进行介绍。需要注意的是，图1～4仅作为示例，并不对用于发动机波形弹簧应力
松弛试验的试验设备的具体形状和结构形成限定。
47.参阅图1，在本实施方式中，一种用于发动机波形弹簧应力松弛试验的试验设备包括压力加载单元4、加热控温单元1、压力测量单元2、显示记录单元3；压力加载单元4用于给待测零件5加载试验时需要承受的压力；加热控温单元1用于模拟待测零件5工作时所处的交变温度环境；压力测量单元2用于实时测量待测零件5应力松弛参数；显示记录单元3用于试验数据的实时展示，显示记录单元3与压力测量单元2、加热控温单元1通信连接。
48.在本实例中，由于发动机波形弹簧在其工作环境中会承受一定的工作压力和处于一定的工作环境温度下，通过压力加载单元4和加热控温单元1以模拟波形弹簧的工作环境，从而使得应力松弛试验的结果能准确反应出波形弹簧的应力松弛性能。
49.压力测量单元2、显示记录单元3则能实时监测应力变化，使得整个试验过程高度自动化，减少了人为误差等影响试验数据的因素，提高了测试数据的准确性和稳定性高。
50.具体的，显示记录单元3由上位计算机和数据线组成，上位计算机预装有分析软件。其作用在于将压力测量单元2采集的应力和温度数据进行显示记录，并通过软件对温度和应力变化数据进行处理，绘制温度-时间、应力-时间曲线。
51.参阅图4、图5，在一些实施例中，压力加载单元4包括底板405、压板404和螺柱402；底板405上竖直固定有至少两根螺柱402，压板404上开设有与螺柱402间隙配合的通孔，压板404套设在螺柱402之上；螺柱402外周设有外螺纹，螺柱402上套设有用于设定压板404压力的螺母403。
52.在本实施例中，待测零件5置于底板405与压板404之间，通过螺母403的锁紧作用对待测零件5的压力进行设定。
53.优选的，底板405上还设有与螺柱402平行的导柱401，导柱401为光轴结构，导柱401穿过压板404与压板404所设通孔间隙配合。导柱401可使压板404在下压过程中与底板405保持平行，避免压板404下压过程中发生偏移，造成待测零件5受力不均匀，影响试验结构准确性。
54.参阅图3，在一些实施例中，压力测量单元2包括压力传感器201和压力测量仪表202；压力传感器201固定在底板405之上，压力测量仪表202通过传感器引线与压力传感器201连接。
55.在本实施例中，压力传感器201采用箔式应变片作为敏感元件，为满足在高温环境下能够正常使用。其采用不锈钢为弹性体，箔式应变片贴在不锈钢弹性体上，压力传感器201的输出灵敏度为2.0
±
0.1mv/v，综合精度0.1％fs,温度范围为0℃～200℃。通过传感器引线连接压力测量仪表202，压力测量仪表202将电信号转化为力值实时显示，并通过rs485通讯将采集的数据记录在显示记录单元3上。压力测量仪表202的精度为0.05％fs，采集频率为10次/秒。
56.此时，显示记录单元3的数据线为rs485通讯转usb数据串口线，usb接口可以方便的与各类操作系统的电脑进行连接，通过usb总线供电保证数据线的独立使用，rs485接口与仪表rs485通讯接口连接，可以稳定的获得仪表数据。
57.参阅图2，在一些实施例中，加热控温单元1包括试验箱103和智能温控仪表101；试验箱103内设有加热元件和测温元件102，智能温控仪表101设置于试验箱103外，并通过线缆与试验箱103内加热元件、测温元件102电连接。
58.具体的，加热元件采用电阻加热元件、电磁加热元件或红外线加热元件中的一种。
59.具体的，测温元件102采用pt100铂热电阻。
60.优选的，智能温控仪表101采用pid温控仪表。智能控温仪表采用可编程的高精度pid温控仪表，通过编程控制能够有效模拟发动机工作状态下波形弹簧零件的冷热变化，仪表精度≤
±
1℃。测温元件102接线一端与智能控温仪表端口连接，电阻一端置于测试产品附近采集温度信号，并将温度信号通过电缆传递至智能控温仪表。智能控温仪表具备rs485通讯功能，可通过rs485通讯转usb数据串口线将采集的数据上传至显示记录单元3。
61.以此，在加热元件、测温元件102和智能温控仪表101的配合下，加热控温单元1实现模拟波形弹簧交变温度环境的工作过程是：通过在智能温控仪表101中输入交变温度曲线，智能温控仪表101依据交变温度曲线控制加热元件将试验箱103内温度加热至交变温度曲线设定的温度。与此同时，测温元件102会实时测定待测零件5周围的温度并反馈，以获得更准确的温度变化，方便智能温控仪表101对温度进行调整，温度的调整是智能温控仪表101根据设定温度和实测温度对加热元件进行控制来实现的。
62.优选的，试验箱103内还设有循环鼓风装置。试验箱103采用循环鼓风系统保证炉温的稳定性，炉温均匀性≤
±
3℃，最高温度350℃。
63.参阅图6，在上述试验设备的基础上，本申请还公开了一种用于发动机波形弹簧应力松弛试验的试验方法，应用于上述发动机波形弹簧应力松弛试验的试验设备，具体包括以下步骤：
64.s1、准备待测零件5，并获得待测零件5在工作装配条件下所承受的工作压力值；
65.s2、基于工作压力值完成待测零件5与试验设备的安装调试；
66.s3、在智能控温仪表101输入交变温度曲线后，启动加热控温单元1试验开始；
67.s4、利用压力测量单元2对处于工作压力值和交变温度环境下的待测零件5的应力松弛试验数据进行采集；
68.s5、利用显示记录单元3对采集到的试验数据进行处理，获得待测零件5应力松弛试验数据实时变化曲线。
69.在一些实施例中，步骤s1中获得待测零件5在工作装配条件下所承受的工作压力值，具体步骤包括：
70.s101、获得待测零件5在工作装配条件下的工作高度值；
71.s102、在弹簧压力测试机上测试获得待测零件5在工作高度值下的工作压力值。
72.在一些实施例中，步骤s2中基于工作压力值完成待测零件5与试验设备的安装调试，具体包括以下步骤：
73.s201、根据工作压力值大小要求选择对应量程的压力传感器201；
74.s202、将压力传感器201和压力测量仪表202进行连接，并对压力测量仪表202进行调零；
75.s203、将压力测量仪表202、智能控温仪表101与显示记录单元3通信连接，并确保压力测量仪表202、智能控温仪表101与显示记录单元3上显示的值保持一致；
76.s204、将压力传感器201、螺柱402固定安装在底板405上；
77.s205、将待测零件5放置在压力传感器201上，通过螺母403和压板404对待测零件5轻微施加压力以保证待测零件5不会掉落；
78.s206、将组装完成的压力加载单元4放入试验箱103中，拧动螺母403调节压板404对待测零件5的压力，当压力测量仪表202达到工作压力值后停止；
79.s207、关好试验箱103箱门。
80.如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明的验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。